(57)【要約】      （修正有）【課題】鉄材等の固体重りの位置エネルギーを利用した機械式の充電（蓄電）発電装置を提供する。【解決手段】電気でモーターを回転してスプライン軸を回すか、風力発電の羽根の回転は波力発電の回転動力を直接入れて、スプライン軸を回し、円筒体状重りの位置エネルギーを増す方向（上昇）に持って行く。発電する時は鉄の回転状重りの自重の力で、回転しながら落下させ、スプライン軸の回転を歯車伝達等で発電機に伝達し発電する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
▲１▼．本装置は鉄材等の固体重りの位置エネルギーを利用した機械式の充電（蓄電）発電装置で、公共性有る大型装置で、充電（蓄電）発電専用装置に限定される。
▲２▼  本装置は他の金属や、石材、コンクリート材、又は併用等、材質の種類に関係無く固体重りの位置エネルギーを利用した機械式の充電（蓄電）発電装置に摘用される。
▲３▼  本装置は固体物の重りの位置エネルギーを利用した機械式で充電（蓄電）発電装置（大型）で有れば、方式にかかわらず、全てに摘用される。
【発明の詳細な説明】
（１）発明の主旨
現在エネルギー問題（特に電気）は深刻で有る。特に昨年３、１１の未曽有のＭ９に依る震災に依り、巨大津波の被害で原発の破損は凄まじく日本のみならず、世界に衝撃を与えて原発廃止の気運が一気に盛り上がって居る状態で有る。しかしその替りと成る、画期的な物は、なかなか見つかって居ない状況で、閉塞感が漂う、今日、此の頃で有る。そこで既存の技術で、大型の充電、発電装置が出来ないかと、検討したのが、本装置で有る。
現在電気は、簡単に大量に貯められないと云う欠点を持って居り世界一の技術を持ちながら普及が、なかなか進まない、太陽光発電パネルや、風力発電の状況も、この原因が大きいと言われて居る状況で有る。両者は天候に左右され、必要な時と、発電する時がズレるのが大きな原因で有る。電気を大量に貯める事が出来即大量に、発電する事が、出来れば、エネルギー問題は解決すると言われて居る。
そこで本装置は、一機で１００ｋｗ〜１０００ｋｗ（理論上は１ｋｗ〜１００万ｋｗ）を１２時間持続して充電（蓄電）して、即１２時間発電出来る装置を提案し、日本全国で１億ｋｗを１２時間分、充電し、即１２時間発電（１２億ｋｗｈ）する事（１００ｋｗで１００万機  １０００ｋｗで１０万機）を目指せば、資源の無いと言われる、日本は大陽光発電、風力発電、波力発電等で、原発に取って替る事が可能に成ると考える次第で有る。その効果で車も電化が進めばクリーンな環境が得られ、化石燃料への依存度も大幅に減らす事が可能と成ると考える次第で有る。
（２）発明の概略
現在位置エネルギーを利用して行なわれて居る水力発電、そして夜の余剰電力を利用した揚力発電は、広く知られて居る所で有るが、広大な敷地と、巨大ダムの割に発電量が少なく、天候に、左右されると云う、欠点を持ち建設場所も限られて居るのが現状で有る。そこで水の替りに比重の８倍有る鉄重りを使えば、体積が１／８に成り、世界最先端の技術を持つ、日本の機械装置で管理すれば、コンパクトな、高効率な、充電、発電装置が出来るのでは無いか？と考えた次第で有る。
幸い地球は、鉄の惑星と呼ばれ、７〜８割？が鉄の成分で出来て居ると言われて居る程、鉄に恵ぐまれた惑星で有るから、此を最大限利用しない手は無いと考え、本装置に至った次第で有る。
（３）本装置説明（Ａ−１図〜Ａ−３図に構造図を示す。）
本装置は、鉄の円筒体状重り（ａ）の円筒部側面につる巻バネ状の螺旋溝が有り、此れ又同ピッチの精密螺旋状のレールに勘合する様に、一定のガタを持って配置された構造を持って居る。鉄の円筒体状重り（ａ）の中心は、スプライン構造の溝が縦に垂直に孔いて居り、回転する、スプライン構造の軸が垂直に通って居る。スプライン軸と、スプライン溝は一定のガタが有り、鉄の円筒体状重り（ａ）が上下する時は、スプライン軸には、何も力は、作用しないが、同、円筒体状重り（ａ）が回転すると、スプライン軸に回転が伝わり、逆にスプライン軸を回転させると鉄の円筒体状重り（ａ）も回転する構造に成って居る。又鉄の円筒体状重り（ａ）の側面の螺旋溝と螺旋状レール支柱（ｃ）に固定された螺旋レール（ｂ）の接触部はＡ−３図で示されて居る。
円筒体状重り（ａ）は螺旋状レール（ｂ）で充分支えられ、かつ精密勘合で一定のガタを持って、スムーズな回転をしながら上下出来る様に螺旋溝とレールの間は、ベアリングを内蔵したコロが、上下と内側に多数均等に、溝全体に配置されて繋る構造に成って居る。充電（蓄電）する時は電気でモーター（ｉ）を回転してスプライン軸を回すか、風力発電の羽根の回転は波力発電の回転動力を直接入れて、スプライン軸を回し、円筒体状重り（ａ）の位置エネルギーを増す方向（上昇）に持って行く。発電する時は鉄の回転状重りの自重の力で、回転しながら落下させ、スプライン軸（ｅ）の回転を歯車伝達等で発電機に伝達し発電する。
充電する時はスプライン軸の回転、回転変動は自由で有るが、発電する時は円筒体状重り（ａ）を自由落下させると、どんどん加速してしまう為、安定した一定の発電量を保つには、回転速度制御機工が必要と成る。又発電も、充電（畜電）もしないで途中に安定して止める事が出来るブレーキ機工も必要で有る。
以上、鉄円筒体状重り（ａ）を使って、螺旋状レール（ｂ）に依って回転させ、上下させ、発電、充電を、効率良く、コンパクトに実現可能とする装置とした。又螺旋レール支柱には螺旋状レール（ｂ）と鉄円筒体状重り（ａ）の重量が諸に掛り、強度を要するにも、かかわらず簡単に書いて有るのは、山の地下等に、井戸状に掘り込み埋込タイプと、平野部に、鉄塔等で立つタイプ、又は併用タイプ等考えられる為、簡単表示に略した。螺旋レールは、一条、二条、三条等も考えられ、傾斜角度も、鉄円筒体状重り（ａ）の回転速度選定で変る。
１００年〜２００年のスパンを考えれば多少建設費が掛っても化石燃料、節減に効果多大で有り、その間じっくり、より効率良い蓄電、発電装置研究に没頭出来る事は間違い無い。
（４）充電量発電量、持続時間の計算資料
○重力に依る位置エネルギーは
2013240256.tif 000002
○高サ  ０．００５ｍで１ｋｗの位置エネルギーを持つ重りの質量は
（毎秒毎秒５ｍｍ落下）
2013240256.tif 000003
○鉄重り  ２０．４０８…ｔを毎秒毎秒５ｍｍ落下させて得る時の仕事率は
１ｋｇｗ・ｍ／ｓ
○１ｋｇｗ・ｍ／ｓの仕事率を１時間持続する時の質量と高サは、
質量＝２０．４０８１６３２７ｔ
高サ＝０．００５ｍ×６０秒×６０分＝１８ｍ
2013240256.tif 000004
○位置エネルギーの半分が電気に変換出来るとすると各重力重りの発電量を持続時間の高サは（重りの位置エネルギーは発電量の２倍）
2013240256.tif 000005
○重力重りを鉄（比重８）に換算した時の概略体積寸法
2013240256.tif 000006
2013240256.tif 000007
2013240256.tif 000008
2013240256.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月22日(2012.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１の原理図に示す様な鉄重り等の位置エネルギーを利用した大型機械式の専用充電発電装置全般で、仕事率１０ＫＷ／Ｓ以上で総出力５０ＫＷｈ以上等の大型専用、業務用（商業用）装置に使用する場合に特許を請求する。しかし将来技術が進歩し、小型でも高性能な装置が出来る可能性が有る為基本的に、位置エネルギーを利用した機械式充電、発電専用装置に特許を請求する。
【請求項２】
図２〜図１２に示す様に、円筒金属重り（主に鉄）のセンター穴のスプライン溝穴にスプライン軸を勘合させ回転力のみを伝達し上下は力を及さない、いわゆるスプライン構造の回転伝達を使う事と、円筒金属重りの外径に螺線溝を彫り込んでそこに一回り大きく同ピッチの螺線レールを支柱等で固定し、つる巻状の精密な螺線レールを配置し重り外径部の螺線溝と、螺線レール部をベアリングコロ受け等で軽るく回って上下に自由に動ける様精密に勘合する様な、配置に多数付けて、重りを支えながら、螺線レールの中を回転しながら下がったり、上がったり出来る構造で重りの位置エネルギーを貯めたり発散して、充電、発電する機械式の大型充電発電専用装置に方式特許を申請する。
尚、円筒外径部の螺線溝部は、彫り込まず、外径部に螺線レールに勘合する様に、螺線状にコロ軸受けを配置したり、螺線レールの上、下、内側にコロ軸受を配さず、上、下のみや、円筒重りの自重を支えるレールの上のみにコロ軸受を螺線状配置したり、レール形状を円筒状の断面を持つつる巻状の形状にし、コロ軸受けに半円状の溝を彫った様な断面の形状のコロにしてレールに勘合させる形状等、類似の応用タイプ又、スプライン溝穴の形状やスプライン形状の形や、羽根の枚数を変える等の類似品、応用構造にも特許を申請する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】重力の位置エネルギーに依る、充電量、発電量、持続時間の計算値
▲１▼  重力に依る位置エネルギーの計算式
2013240256.tif 000010
▲２▼  高サ０．００５ｍで１ＫＷ／Ｓの仕事率を持つ重りの質量は、
2013240256.tif 000011
▲３▼  各仕事率時の重りの質量と、各持続間時の高サ一覧表
2013240256.tif 000012
▲４▼位置エネルギーの電気への変換率５０％時の仕事率と重り質量仕事率毎の最大充電量、発電量一覧表
2013240256.tif 000013
▲５▼重力重りを鉄（比重８）に換算した時の概略、体積寸法（仕事率は▲４▼と同じ条件）
2013240256.tif 000014
【０００２】明細書
本装置は、水力発電の様な水の位置エネルギーを利用した発電の考え方で人工的に鉄重り等、水の比重の８倍有る重りを使い機械装置で専用の大型の物を作り位置エネルギーを貯めたり、発散したりする事で、大型の充電発電装置が可能で有ると考え、地球に豊富に有る鉄重りを使う事で１／８の体積で同じ事が出来、機械で効率良く管理する事でよりコンパクトで大容量の充電、発電装置が可能で有ると考えた。
現在電気は大量に貯める事が難しい状態で、出来てもコストが高く実用には、まだまだ時間が必要と云う状況で有る。此の装置に依って電気が比較的大量に貯められ、コストも、ソコソコに成れば、天候に左右され易い、太陽光発電、風力発電、波力発電等、無尽蔵に有ると言われる自然エネルギーも、位置エネルギーと云う形で、大量に貯める事が出来一層実用段階への道が開けて普及が促進するのではと考える次第で有る。又設置場所も問わない為山中に埋める事も可能で、日本の狭い国土の緑や、耕地面積に影響を与えず有交の利用出来ると考えます。
図１に原理図を示すが、重りＡをＢの吊り紐で結び滑車Ｃを介して、Ｄのプーリーで巻上げたり、巻戻す様にし、その際、重りＡを持ち上げる時は、Ｅのモーター機能で電気で巻上て、位置エネルギーを貯め、発電する時は重りＡを落下させ、位置エネルギーを発散させ滑車Ｃを介してプーリーＤを回転させ、Ｅの発電機能で発電する仕組を示して居る。つまり、水力発電の水の位置エネルギーを使って水車を回し発電し夜の余剰電力で発電機をモーターとして使い水車を逆回転させてポンプとして使い、一度使った水を汲み上げ、位置エネルギーを回復させる原理を、鉄重りで機械式に行う原理を示して居る、鉄重りは、水の８倍の比重が有る為１／８の体積で同じ事が出来、繰り返し使用するにも効率良くコンパクに出来るメリットが有る事を表わして居る。
Ｆのブレーキ装置は、充電も、発電もしない時、重りＡを途中の位置に止めて置く装置で有る。Ｇの回転速度制御装置は、主に発電の時に一定の安定した回転で、安定した発電出力を得る為の物で有る。
以上の様に鉄重り等を使い水力発電や揚力発電の原理を機械式に管理したより効率よくコンパクトな大型の充電、発電装置が可能で有ると云うのが本装置の提案で、日本を初め、世界のどこにも専用の大型装置として実現した物を見た事が無い為、特許申請に値するとして提出するもので有る。
次に図１の原理図の装置をそのまま実行すると問題が無いかと考えると、技術分野〔０００１〕に示す様に、たとえば、１０００ＫＷ／Ｓの仕事率の物は、２０４０８ｔの鉄重りを毎秒５ｍｍずつ落下させると１０００ＫＷ／Ｓの仕事率の発電が得られ、それを１２時間持続させるには、２１６ｍのストローク（高サ）が必要で有る事を示して居るが、実際には位置エネルギーが１００％電気に変る事は無い為、その半分が電気に変わる物とすると４０８１６ｔ余りの鉄重りを毎秒５ｍｍずつ落下させると１０００ＫＷ／Ｓの仕事率の発電量が得られ、それを１２時間持続させるには２１６ｍのストローク（高サ）が必要に成る事が示されて居る。そこで４０８１６ｔの鉄重りを２１６ｍストロークさせる時の吊り上げるワイヤーロープを考えた時、膨大な長さと重さの物が何本も必要に成る事が想定され、又何回も繰返し使う事を考えると、寿命と云う点で効率が疑問視されて来る問題が出て来るので有る。
そこで、図２〜１２迄に実行する方式の具体的な一つとして、新方式の提案をし、これも方式特許に申請する物で有る。
この装置の説明をすると、重りの形状は図２、図３に示す様に円筒形をして居り円筒のセンターにＰの様な円形に４ケ所四角い突起が出た様な形の穴が下まで通って居る形状に成り、円筒の外径に四角いへこんだ螺線状の溝が入って居る形に成って居る。円筒センターＰの穴（スプライ溝穴と以降呼ぶ）には図７、図８の様なＲの様な円筒軸にＳの様な四角い形状の羽根が４枚付いて居りＰのスプライン溝穴より一回り小さい形のガタの有る形状の軸が入る構造に成って居る。図７、図８のＲとＳが一体に成った物を以降スプライン軸と呼ぶ。両者のスプライン軸穴とスプライン軸は、重りのどの高さの時も勘合する状態に有り、重りが回転しても、スプライン軸が回転しても両者は、いつも連動する構造に成って居るが、重りが上下する時はスプライン軸には、何も力は作用しない構造に成って居る。重りＡの外径の四角いへこんだ螺線溝には図５、図６のＱの様な同じピッチの一回り大きな（重りＡの外径部の四角い螺線溝よりも）形状の螺線形状のレールが勘合出来る形状に成って居り、重りがどの高さに有っても、螺線形状のレールとは勘合する状態に成って居る。
勘合の詳細は、図１０のＨ部の拡大図が図４に示され、Ｊの螺線形状レールの断面に、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｋ、の各部品がセットされ、一体化したベアリング内蔵のコロで上、下、内３ケ所で受けられた状態で重り（Ａ又はＯ）に固定され、螺線形状レールとはコロガリ摩擦で繋り、重りは螺線レール内を自由に回転し螺線レールに沿って上下も自由に移動出来る状態に成って居る、図４の勘合は図２の▲１▼〜▲１２▼迄螺線溝の円周４５°毎に１２ケ所で勘合して居り、重りＡは螺線レール内をコロガリ摩擦で軽く勘合し回転も上下も自由に移動出来る様に成って居る。
又、螺線状レールＱは図１２に、Ｉの螺線レール支柱８本で、円周上８ヶ所と上下全てをしっかり固定されて居る、図１２のＵとＶの螺線レール上限ストッパーと下限ストッパーにもしっかり固定され、重りＡのストローク範囲を規定して居る。又スプライン軸（Ｒ＆Ｓ）は図１２のＤＤ、ＥＥのスプライン軸上、下受け板に固定されたＷのスプライン軸ベアリング軸受けにしっかり固定され自由に回転できる様に成って居る。
図１２のスプライン軸下端に付けたＸの傘歯車とＹの、モーター兼発電機の、ＦＦの回転軸先端に付けたＸの傘歯車で回転を伝達出来る構造にし、充電する時はＹをモーターにして、スプライン軸Ｒ、Ｓを回転し重りＡを上に持ち上げる方向に作用して位置エネルギーを高め、発電する時は、重りＡを螺線レールＱに沿って自重で回転しながら落下させ、スプライン軸Ｒ、Ｓで回転を伝達してＹを発電機として作動させる方式に成って居る。尚図１２のＺのブレーキ装置は、発電も充電もしない時、重りＡを途中の所に止めて置く為の物で有る。又、ＡＡの回転速度制御装置は、主に発電の時、毎秒５ｍｍ等、重りＡの落下速度をコントロールして、一定の案定した発電量を持続する為の物で有る。
以上の様な方式にするとたとえば１０００ＫＷ／Ｓの仕事率の物だと４０８１６ｔ余りの鉄重りをしっかり螺線レールで支え、ながら螺線レール形状でスムーズな回転を得ながら重りの上下も比較的小さなコントロールで管理出来ると考えられるメリットが有ると思われる。又コロガリ摩擦で軽くゆっくり回転する為騒音も少なくて済む。寿命もワイヤロープ等で直接吊り上げる方式よりも伸びると思われます。この方式のネックは、螺線状のレールが、大きな径で重く、長いストローク（２１６ｍ）を、精密に加工した様な状態にしなければいけない事で有る。精密な物を多数作って、組立て、検査調整に依って管理完成させるか、ある程度精密な物を設置した後大型の専用機械を作って、研磨加工するなどの問題に対処しなければ成らない事で有る。しかし一定の精度の範囲に管理出来たり、余り精密な螺線レールでなくても、良い方式を取れば、方式は成り立つと考える次第で有る。【０００３】発明の概要
現在、クリーンな自然エネルギーの実用的、普及が、なかなか、進まない、昨今で有る。風力、太陽光発電は、気象条件に左右、される為、不安定な為、普及が遅いとも言われて居る。それを解決するには、蓄電出来る事がネックと成るが、現在蓄電池が主力で有るが、コストが高く、寿命も５〜６年と短い為、なかなか、大規模化に至って居ないのが現状で有る。
そこで本装置は、現在利用されて居る、水力発電、夜間の余剰電力を利用した揚力発電を、水の変わりに、鉄の重りを使って、機械式で位置エネルギーを貯たり、発電する専用の大型装置を作れば、水の８倍の比重の有る、鉄重りを使う事で、１／８の体積で同じ事が出来た上、コンパクトに成った分、更に大型化が可能で、太陽光発電、風力発電、波力発電等、不安定な電気を大量に位置エネルギーと云う形で、貯め、安定した大電力を長時間、必要な時だけ、発電出来る装置が、特に技術開発せず、現在の技術で可能と成るのではと考え、考案した次第で有る。又機械式で有る為、設置場所を問わず、山中に埋込む事も可能で有り、メンテナンスに依って１００年〜２００年、繰返し可能と成れば、コストダウンに成り自然エネルギーのみで、日本の電力を全て補う事も可能に成る道が、開けると考える次第で有る。この装置は大量の鉄材を使用するが、幸い地球は鉄の惑星と呼ばれ、その成分の７〜８割が鉄で出来て居ると言われて居り、心強い限りで有る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本装置の「位置エネルギーを利用した、機械式の充電＆発電装置」の原理図を示します。
【図２】本装置の鉄重り部の上面図を表わします。
【図３】同上              側面図を表わします。
【図４】本装置の鉄重り部の、支柱と、螺線レールとの勘合部詳図を表します。
【図５】螺線レールの上面図を表わします。
【図６】同上        側面図を表わします。
【図７】本装置の鉄重り部の真中に入る、スプライン軸上面図を表わします。
【図８】同上        側面図を表わします。
【図９】本装置の、鉄重り、スプライン軸、螺線レール、螺線レール支柱の勘合配置図上面図を表わします。
【図１０】同上        側面図を表わします。
【図１１】本装置、全体図の上面図を表わします。
【図１２】同上        側面図を表わします。
【符号の説明】
【０００５】図１．            Ａ；  重り
Ｂ；  重り吊り紐
Ｃ；  滑車
Ｄ；  重り吊り紐巻上、巻戻しプーリー
Ｅ；  モーター兼発電機
Ｆ；  回転ブレーキ装置
Ｇ；  回転速度制御装置．
ａ→ｂ、ｃ→ｄ；  重り吊り紐、移動距離．
図２．            Ａ；  重り本体
Ｐ；  重り本体、スプライン軸溝穴
▲１▼〜▲１２▼；  図４の、螺線レール、螺線レール支柱、重りと
の勘合部の配置場所の数を表わす。
図３．            Ｈ；  図４の断面図位置を表わす。
図４．            Ｉ；  螺線レール支柱
Ｊ；  螺線レール断面図
Ｋ；  回転、コロ、軸、
Ｌ；  回転、コロ、
Ｍ；  ベアリング、コロ
Ｎ；  回転コロ＆コロ軸受け本体
Ｏ；  重り本体（Ａと同じ）
図５．６．        Ｑ；  螺線レール
図７．８．        Ｒ；  スプライン軸、軸芯
Ｓ；  スプライン軸、羽根
図９．１０        Ａ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｉ、Ｈ、同上、
図１１．１２．    Ａ、Ｉ、Ｑ、Ｒ、Ｓ  同上
Ｕ；  螺線レール、上限ストッパー板
Ｖ；  螺線レール、下限ストッパー板
Ｗ；  スプライン軸回転、ベアリング軸受
ＤＤ；      同上  上面受け板
ＥＥ；      同上  下面受け板
〔図１１．１２〕  Ｘ；  回転伝達傘歯車
ＦＦ；  モーター兼発電機回転軸
Ｙ；  モーター兼発電機
Ｚ；  ブレーキ装置
ＡＡ；  回転速度制御装置
ＢＢ−ＢＢ′；  断面図指定場所
ＣＣ；  重り、上下最大ストローク範囲
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013240256.tif 000015
【図２】
2013240256.tif 000016
【図３】
2013240256.tif 000017
【図４】
2013240256.tif 000018
【図５】
2013240256.tif 000019
【図６】
2013240256.tif 000020
【図７】
2013240256.tif 000021
【図８】
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【図９】
2013240256.tif 000023
【図１０】
2013240256.tif 000024
【図１１】
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【図１２】
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